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四川大學文曉剛課題組--氟化輔助脫合金合成的多孔還原氧化石墨烯-FeF2@碳用于高性能鋰離子電池及其電化學機理探索
      FeF2理論容量高、成本低,在下一代鋰離子電池中具有巨大的應用潛力。然而,其導電性差,充放電過程中體積變化劇烈,限制了其實際應用。為了最大限度地提高可用的電化學性能,一種新型多孔還原氧化石墨烯-FeF2@碳 (rGO-FeF2@C) 復合材料通過脫合金方法成功合成,具有 430 mAh g-1 的高可逆容量,即使在0.08 A g-1下,循環 50 次后仍保持 400 mAh g-1,在 0.08 A g-1至 1.00 A g-1范圍內也表現出優異的倍率性能。結果表明,這種結構和方法是實現 FeF2 陰極良好性能的有效策略。觀察到一種新現象,即較低的充電電壓會引起較高的放電平臺,并提出了可能的假設。
 
 
Figure 1. Fe-Si合金粉末的SEM圖像:(a)球磨前和(b)球磨后,(c) P-FeF2在500°C下獲得,(d) Fe-Si、PVDF和GO的混合聚集體,(e和f) 在500 °C下獲得的rGO-FeF2@C。(g) 碳包覆的多孔FeF2的SEM圖像和相應的EDS元素映射:(h) Fe、(i) F、( j) C 和 (k) N。(l和m) rGO-FeF2@C的TEM圖像。(n) rGO-FeF2@C的HRTEM圖像和相應的 (o) SEAD圖案。
 

Figure 2. (a) rGO-FeF2@C在0.08 A g-1電流密度下的循環性能。(b) rGO-FeF2@C在 0.08 A g-1 的電流密度和 4.0-1.0 V 電壓范圍下的 GCD 曲線。(c) rGO-FeF2@C在不同電流下的放電容量和庫侖效率。在不同 (d) 溫度和 (e) 碳源條件下,合成的陰極的放電容量和循環性能比較。(f) rGO-FeF2@C和rGO-FeF2@gluC的奈奎斯特圖。(g) FeF2 與 PVDF-C 或 Glu-C 之間的鍵合示意圖。(h) rGO-FeF2@C和rGO-FeF2@gluC 的 F 1s 的高分辨率 XPS 光譜。
 
 
Figure 3. (a) rGO-FeF2@C在不同掃描速率下的 CV 曲線。(b) 氧化還原峰值電流與掃描速率平方根之間的擬合線性。(c) rGO-FeF2@C總電流(橙色實線)和電容電流(陰影部分)的CV 曲線。(d) 不同掃描速率下電容和擴散控制的電容貢獻百分比。(e) 在第一條放電曲線上標出了不同的狀態點。(f)來自放電曲線的各種放電狀態的奈奎斯特圖。(g) 低頻部分 Z' 與 ω−1/2 的線性關系。(h) 第一次放電/充電過程中的 Warburg 系數(插圖:鐵插入 LiF 的脫鋰過程示意圖。)
 

Figure 4. (a) rGO-FeF2@C在不同掃描速率下 20 次循環后的 CV 曲線。(b) 不同掃描速率下,電容和擴散控制的電容貢獻百分比。
 
 
Figure 5. (a) rGO-FeF2@C在3.5-1.0 V和3.0-1.0 V范圍內,在15個循環中的恒電流放電-充電曲線。(b) rGO-FeF2@C在初始15個循環中,在3.5-1.0 V和3.0-1.0 V范圍內的循環性能。(c) 在0.08 A g-1 下,從第2次到第20次循環的放電曲線。(d) 來自不同循環的4.0 V 處,電極的XPS光譜。(e) 第1次和第10次(放電至1.0 V),電極的XRD圖案。(f) rGO-FeF2@C在第一次循環中具有不同充電截止電壓的恒電流充放電曲線。(g) 第一次充電不同電壓下,電極的非原位 XRD 譜。圖 7(f) 的放大區域,電壓窗口為 (h) 4.3–1.0 V,(i) 4.0–1.0 V,( j) 3.5–1.0 V 和 (k) 3.0–1.0 V。
 
       相關研究成果于2021年由四川大學文曉剛課題組,發表在Inorg. Chem. Front.(DOI: 10.1039/d1qi00273b)上。原文:The fluorination-assisted dealloying synthesis of porous reduced graphene oxide-FeF2@carbon for high-performance lithium-ion battery and the exploration of its electrochemical mechanism。

轉自《石墨烯雜志》公眾號

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